中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集关于矿热炉用电极糊技术指标的探讨马历乔，冉万强，何世荣(民和光大炭素有限公司，青海海东810800)摘要：介绍了矿热炉用电极糊的性能分析方法，结合电极糊生产和使用实践，较为详细地研究讨论了 目前能了解到的所有的电极糊技术指标及其测试方法，希望能对电极糊厂家产品质量的稳定和提高有所裨益。关键词：矿热炉；电极糊；探讨；技术指标在矿热炉中，连续自焙电极的作用是将电能从变压器导入炉内的冶炼区，从而完成冶 炼过程。连续自焙电极是由装入电极桶的电极糊，经熔化、焙烧致密化而形成的。在矿热炉的运行成本中，电极糊所占比例很小，只有2％左右，但是却起着至关重要的作用，自焙电极被称为矿热炉的_心脏”。矿热炉的操作几乎都是围绕着为保证自焙电极的正常工作而展开的。为确保自焙电极始终处在良好的工作状态，不发生软断、硬断、流糊、过度氧化、掉 头、开裂碎裂等非正常现象，需要对矿热炉进行精心操作，比如按要求的程序进行加糊、下放电极等作业[¨，电极桶和筋板的设计要合理[21，在停炉和重新开炉时要对电极做必要的维护【31。除此之外，电极糊的质量和性能的稳定性就成为保证自焙电极良好运行的最主要的因素。在国内，日常测试用来控制电极糊质量的技术指标只有很少的几项。比如中华人民共 和国黑色冶金行业标准《电极糊YB／T5215—1996》中，只规定了6项技术指标。对于生糊只要求测试灰分、挥发分和延伸率；对于焙烧糊样，只要求测试体积密度、抗压强度和电阻率。而且这一标准自1996年以来就再也没有修订过。实践证明，上述6项指标并不能完全反映电极糊的使用性能，必须引入其他更能全面反映电极糊质量的技术指标，才可能正真的保证得到性能好的矿热炉自焙电极。本文通过综合分析文献中介绍的电极糊性能分析方法，结合电极糊生产和使用实践， 较为详细地研究讨论了目前能了解到的所有的电极糊技术指标及其测试方法，希望能对260中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集电极糊厂家电极糊质量的稳定和提高有所裨益。1生糊技术指标电极糊生糊的技术指标主要是体积密度、灰分、挥发分、可塑性、流动性、延伸率、 可压缩性、黏度等。生糊的关键指标是可塑性，实际上流动性、延伸率、可压缩性、黏度等反映的也都是电极糊的塑性行为。1．1体积密度、灰分和挥发分 生糊的体积密度是将电极糊加热后装入模具，加压成型后通过称重和测量体积测定的。体积密度的大小与电极糊的组分有关。低密度电极糊往往是无烟煤基的，而以石油焦 或残阳极为骨料的电极糊，具有较高的体积密度。实际上电极糊中加入越多的石墨，则具 有越高的体积密度：电煅煤比普煅煤更加有助于提高电极糊的体积密度。通过偏光显微镜可以鉴别电极糊中存在的各种原料组分。当然，黏结剂的用量对体积密度影响也很大。灰分反映了所使用无烟煤种类和用量的信息，因为在总灰分中，无烟煤对灰分贡献最 大。比如，当灰分出现重大变化时，通常说明所用的无烟煤类型和用量发生了变化。挥发分是控制糊料中沥青用量变化或沥青类型改变的有用参数。无烟煤的煅烧程度或 无烟煤质量，在某些特定的程度上也会影响挥发分。1．2可塑性141理想的电极糊应该拥有非常良好的可压缩性，而且在100～500℃的液态下不发生偏析。可 塑性试验是将一个圆柱形糊块缓慢加热，在加热终了时，经过测量最终样品的直径，用计 算出的直径变化百分比来表示可塑性。在某一时间段，可塑性是控制电极糊生产稳定性的 最佳指标。混捏过程中出现的问题，能够最终靠可塑性值的变化得到检测。比如在几年前，有一个电极糊生产厂商改变了他们的混捏锅，决定往电极糊中添加一些油。图1表示这种变化之后电极糊可塑性的差异。两种电极糊样品的混捏程序相同。显然，变化之后的电极糊可塑性超出了要求范围，导致电极出现了问题。沥青用量在一些范围内时，可塑性是可控的，超出这个范围时，问题往往会出现。如 果可塑性太大，电极糊流动，就好像配方中没有骨料一样，如图2所示，在焙烧试样中有可能会出现偏析。261中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集图1可塑性差异图2可塑性大发生了偏析偏析会导致很多问题，尤其是在使用柱状糊的情况下。一块糊柱的性能指标超出了范 围，所产生的危险区就足以导致断电极。当偏析区到达铜瓦部位时，电极上的空洞会使得电极桶承载过大的电流，因此导致电极桶熔化，结果是流糊和电极软断，见图3。Segregatatea2Thesegregatedarea1Normalsituationreachescontactshoes3Whencasingmeltspasteandcasingmeltsleaks will happen图3偏析导致流糊262中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集另一方面，可塑性小，会导致电极糊可压缩性不好，因为这样的电极糊流动性差，不 能充分填充电极桶，在焙烧电极结构中会出现孔洞。这些孔洞会产生电弧，使得铜瓦区域过热，对设备造成了严重的伤害。1．3流动系数前些年，国内一些企业在向原独联体国家，比如俄罗斯、哈萨克斯坦等出1：3电极糊时， 对方要求测试流动系数，由此引进了流动系数的测试方法，目前这种方法在国内电极糊厂比较流行。流动系数的测试方法是将一定量的电极糊放在如图4所示的容器内，在(250士10)℃的温度下，恒温30min后，测量电极糊流到容器下面铁板上，并延伸开形成的电极糊饼的平均直径，该直径与容器出口直径的比值，即为电极糊的流动系数。容器出口的直径是50mm。经验表明，这种测试流动系数的方法，简单易行，适合用于电极糊现场质量控制。通 常铁合金炉使用的电极糊，流动系数在1．5～2．0之间较为合适。低于1．5，电极糊发干，可压缩性不好，不易形成致密的电极；高于2．0，电极糊易发生偏析，导致电极发生硬断。图4电极糊流动系数检测装置1．4延伸率中华人民共和国黑色冶金行业标准《电极糊延伸率的试验方法YB／rr528p200l》规定了电极糊延伸率的测定方法。该方法是将电极糊加热装入特制模具，压制成口呓5mm×80中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集mill的圆棒试样，然后将圆棒试样放入一个特制的斜板上的圆槽内，斜板的斜度为8．33。， 在200℃下恒温1h，测量圆棒试样伸长的百分比，即为电极糊的延伸率。因为此方法需要压制圆棒试样，较为麻烦，不适合现场对电极糊进行质量控制。1．5可压缩性i4l可压缩性试验是在固定的低压下将电极糊样品(小块糊或柱状糊)加热，如图5所示。图5电极糊的压缩试验在实际的白焙电极体系中，加在液体电极糊上的压力表现为小块糊的重量。当温度升 高时，电极糊开始流动，充满模具。在实验过程中，电极糊样品的体积密度逐步的提升，最后达到电极糊能达到的最大值。与生糊的最大体积密度相关联，计算出每一温度点所达到的压缩百分比。通过这种方法，能够获得有关在电极糊柱中何种电极糊的可压缩性更好的信息，测定 了每一温度点的压缩百分比，见表1。表1电极糊的可压缩性编号电极糊l电极糊2电极糊3100℃时的体积密度／(∥cm3)1．19(75％、1．07(67％)1．48(90％)150℃时的体积密度／(∥cm3)1．36(86％)1．44(90％)1．53(94％)200℃时的体积密度／(∥cm3)1．36(86％11．45(90％)1．61(98％)250℃时的体积密度／(g／cm3)1．42(90％)1．47(91％)1．62(99％)300*C时的体积密度／(g／cm3)1．45(92％)1．50(93％)1．63(99％)中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集1．6黏度【4i在压缩试验中，当密度达到或超过最大可达到密度的90％时，电极糊中的黏结剂成分有充足的流动性使得电极糊充满电极桶。在保证压缩性后，研究电极糊的黏度是很重要 的，这是为了评价电极糊的偏析性能，因为电极糊的黏度越大，发生偏析的可能性就越小。通常，黏度也与沥青含量有关。电极糊中的沥青用量必须要提供足够的可塑性以便于电极糊的压缩，但是沥青含量必须尽可能的小，以避免发生偏析。黏度试验是将与模具同形的电极糊样品在一个锥形体下面加热，如图6所示。如图7 所示的曲线，在每一温度点，锥形体在电极糊中的针入度，用与锥形体总高度有关的位移图6针入度试验图7黏度曲线中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集百分比表示。如果电极糊的针入度值大于70％，则说明电极糊黏度小，很容易发生偏析， 因此是不值得推荐的。本试验也能够适用于确定电极糊熔化的开始温度，电极糊的熔化开始温度与炉子的种类(密闭、半密闭)和所生产的铁合金的种类(金属硅温度很高而锰铁温度低)有关。2焙烧糊技术指标电极糊样品经900℃焙烧后，测定其力学性能和电学性能，能提供有关评价焙烧电极 抗应力形变和电流传导能力方面的有价值信息。国内采用中华人民共和国黑色冶金行业标准《炭糊类检测试样焙烧方法GB／T3425— 1982))(该标准已经多年没有修订了)中规定的办法来进行电极糊焙烧试样的制作。制作的过程是先将电极糊加热，然后装入用铁皮制作的圆筒中木墩实，再在小焙烧炉里焙烧到900℃。文献[4]中采用的电极糊焙烧样品制备方法有两种：加压成型后焙烧和不加压焙烧， 如图8所示。图8电极糊压缩试验前者是先将电极糊加热到160℃，装入模具加压成型，施加的压力较大，之后将样品 缓慢焙烧到500℃。后者是将电极糊装入模具，在较低的恒压下缓慢加热到500℃。然后再将样品焙烧到900℃。通常，如果电极糊的压缩性能很好，两种方法没什么大的区别，266中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集但是在后一种方法中，有时候因为没有压好，其结果是样品的力学性能很差。这也说明电 极糊可塑性是在一个较低的范围内，会导致电极出现一些明显的异常问题。2．1体积密度和气孔率 电极糊焙烧试样的体积密度和气孔率，是反映电极糊骨料粒度组成是不是合理，沥青用量是不是合理的重要技术指标。 2．2力学性能电极必须有足够的强度，而且要能适应炉子正常运行期间产生的应力冲击。对于大多 数商品电极糊来说，强度和对应力冲击的适应能力之间是矛盾的，因此二者之间要保持适当的平衡。反映强度的技术指标是抗压强度、抗折强度和抗拉强度；反映抗热冲击能力的技术指 标是弹性模量。对自焙电极建立数学模型，通过数学模型预测显示，对于低弹性模量的电极糊，适中的抗折强度3MPa，就能抵抗经充分安全放大的热应力的冲击。为得到脆性小的、适应性更好的电极，低杨氏模量是较为理想的，最佳范围是2-4GPa。2．3电阻率在焙烧区域，电极糊要有足够的导电性能，以便能够把电能从铜瓦传导到电极端部。焙烧后电极糊的电阻率值至少要达到100衅·m，才可能正真的保证电流的正常传导。大型的矿热 炉要求电极糊的电阻率要达到65衅·m以下。2．4偏析指数竖向柱形电极糊在焙烧之后，顶部和底部密度出现差异。这一差异用百分比表示，就 是偏析指数。好的电极糊偏析指数应小于5％。2．5焙烧收缩在500～-900℃，电极糊仍有可能收缩，这基本上与沥青种类和沥青用量有关。经验 表明，电极糊糊的焙烧收缩不能太大，太大时焙烧后的电极会从筋板处裂开，出现电极端部掉块。通常，电极糊的焙烧收缩率不能大于1％。2．6导热系数国外的铁合金炉所使用的电极糊，要求测试导热系数，这是因为导热系数与电极糊的 烧结速度有关系，导热系数越大，电极糊越容易烧结。267中国金属学会炭素材料分会第二十八届学术交流会论文集3结论为了确认和保证电极糊在矿热炉中使用的稳定性，国内外开发了一系列试验方法，来表征电 极糊的性能。对于生糊主要从表征塑性行为的方面出发，开发了可塑性、延伸率、流动系 数、可压缩性、粘度等测试方法，通过这一些技术指标，可以有效控制电极糊的塑性。对于 焙烧糊样，主要是测定力学性能和电学性能，通过抗折强度和电阻率等技术指标来表征电 极糊性能。参考文献：[1]L．R．NelsonandF．X．Prins，Insightsintotheinf

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